Macchina asincrona

MACCHINA

ASINCRONA

Per quanto riguarda l'avvolgimento rotarico, si possono distinguere

• macchine asincrone con rotore avvolto
• macchine asincrone con rotore a gabbia di scoiattolo.

Le macchine con ROTORE AVVOLTO hanno nelle cave rotariche un avvolgimento trifase distribuito (come quello statorico). Tale avvolgimento è collegato a stella.

Vedremo poi che per il loro funzionamento queste macchine necessitano di un reostato di avviamento da diminuire mano mano che ha aumentato la velocità di rotazione. A regime il reostato deve essere completamente disinnestato e le fasi dell'avvolgimento rotarico risultano chiuse in corto circuito.

Nelle macchine con ROTORE A GABBIA DI SCOIATTOLO l'avvolgimento rotarico è costituito da un insieme di barre conduttrici in rame o alluminio poste una per ogni cava. Queste sono poi collegate tra loro alle estremità attraverso 2 anelli di corto circuito. Si ottiene così una gabbia.

Oltre al rotore a gabbia di scoiattolo semplice esistono quelli a DOPPIA GABBIA e a BARRE ALTE (che vedremo in seguito).

L'ampiezza del campo Ha è ₄/^π K_sN_s I_a / 2¹/₂ K_a

e dipende dalla corrente I_a che non è costante nel tempo ma è cosinusoidale in I_aH cos (ω_st + ψ - φ)

Quando tale ampiezza varia nel tempo in accordo con la variazione della corrente i_n. Si dice che il campo Ha generato dalle correnti i_n è PULSANTE!

In definitiva il campo Ha al traferro generato della corrente i_n è una cosinusoide ferma nello spazio (ovvero ha il massimo sempre centrato sull’asse della fase A) ma la sua ampiezza varia nel tempo cioè è pulsante.

Le stesse considerazioni si possono naturalmente estendere alle fasi B e C.

Pertanto il campo magnetico al traferro generato delle correnti i_B è:

Fate campo magnetico rotante generato dalle correnti di statore è equivalente a tutti gli effetti alla rotazione meccanica di una corona di materiale magnetico munite di due poli.

Si può generare un campo rotante multipolare realizzando un avvolgimento trifase multipolare

In generale un avvolgimento trifase a m_p coppie di poli alimentato da un sistema trifase di correnti alternate di pulsazione ω_s genera un campo magnetico rotante alla velocità

Ω_m = ^ω_s/_mp   (ω_m = Ω_m m_p = ω_s)

Questa è proprio la velocità che nella macchina sincrona avevamo definito VELOCITÀ DI SINCRONISMO. Essa corrisponde alla velocità a cui deve essere portato in rotazione il rotore di una macchina sincrona per generare nello statore un sistema di correnti di pulsazione ω_s.

Un campo magnetico generato da uno statore trifase ruota sempre alla velocità di sincronismo relativa alla pulsazione delle correnti di alimentazione

Ammettiamo che:

Lac = Lam cos 120° = ¹/₂ Lam

Pertanto:

Φ_{conc AA'} = Lam i_A + ¹/₂ Lam i_B + ¹/₂ Lam i_C

ovvero:

Φ_{conc AA'} = Lam i_A + ¹/₂ (i_B + i_C)

essendo il sistema delle correnti simmetrico ed equilibrato, si ha i_A + i_B + i_C = 0

⇒ i_B + i_C = - i_A

pertanto:

Φ_{conc AA'} = Lam i_A + ¹/₂ Lam i_A = ³/₂ Lam i_A

Quando la corrente i_A è unitaria il flusso che si concatena con l'avvolgimento AA' è ³/₂ Lam.

Questo è proprio dovuto al fatto che il sistema di correnti i_A, i_B, i_C genera un campo magnetico di ampiezza ³/₂ H_M a cui corrisponde quindi un flusso pari a ³/₂ volte quello generato da una fase.

Se integriamo l'onda di campo magnetico di ampiezza ³/₂ H_M tra A e A', otteniamo il flusso pari a ³/₂ Lam i_A.

OSSERVAZIONE: Sia i vettori rotanti _ER e _IR rispettivamente della f.e.m. indotta e della corrente di rotore, che il vettore spaziale del campo di rotore _BR ruotano in un sistema di riferimento solidale allo statore (quindi fermi) alla velocità _WS (velocità assoluta).

Infatti per ottenere la velocità assoluta di tali vettori occorre sommare alla velocità che essi hanno nel sistema di riferimento solidale al rotore (_WS - _WR), la velocità del rotore stesso (_WP). Quindi si ha:

_{(WS - WR) + WR = WS}

MACCHINA SINCRONA VS MACCHINA ASINCRONA

Abbiamo visto che:

• nella macchina sincrona è necessario che il rotore ruoti alla velocità di sincronismo _{WR = WS} per avere una coppia mediamente non nulla.
• nella macchina asincrona è invece necessario che il rotore ruoti a velocità _WP ≠ _WS diversa da quella di sincronismo per sviluppare coppia.

Questa differenza è dovuta al diverso modo di generare il campo magnetico rotante.

(pulsante) generata dalla corrente che percorre una singola fase.

N.B. Se usiamo valori efficaci di corrente:

I_S = I_MS√2, si ha:

F_S = m_S2 √2 I_S

Possiamo rappresentare l'onda spaziale sinusoidale rotante di f_mm generata dalle correnti di statore con un VETTORE SPAZIALE DI AMPIEZZA m_S2 F_SM IN FASE CON IL VETTORE DI TEMPO T RAPPRESENTATIVO DEL SISTEMA DI CORRENTI DI STATORTE.

in questo caso m_S = 3

SISTEMA DI RIFERIMENTO SOLIDALE ALLO STATORTE!

Un'onda di f_mm identica sarebbe creata da un avvolgimento uguale a quello di una fase di statore, percorso da una corrente continua pari a m_S2√2 I_S e rotante alla velocita W_S.

Al ruotare dell'onda sinusoidale spaziale di flussoal traferro, il flusso che si concatena con ciascunafase di statore (ABC) varia nel tempo con leggesinusoidale (Vedi disegno più accanto).

Possiamo allora definire un VETTORE DI TEMPO RAPPRE-SENTATIVO DEL FLUSSO AL TRAFERRO CONCATENATO CONLE FASI DI STATORE:

• _λMS = _ksN_s._Φ

Questo vettore:

• ha ampiezza λ_MS = _ksN_sΦ_h
• ruota a velocità ω_s
• è in fase con il vettore dispazio del flusso al traferro.

Proiettando il vettore di tempo λ_MS sugli assi delle fasí A,B e C di statore si ottengono i valori istantanei dei flussial traferro concatenati con le fasi A, B, C.

Si ottiene componendo i flussi, variabili nel tempo con legge sinusoidale concatenati con le fasi A B C di statore con la formula di trasforma- zione da coordinate ABC ad αβ

• _λMS = ²/₃ (_λA + _λB^ej2π/3 + _λC^e-j2π/3)